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Treball Final de Grau en Enginyeria Mecànica. Codi: EM1047. Curs acadèmic: 2021/2022 Los dispositivos termoeléctricos tienen una gran particularidad: son capaces de convertir una diferencia de temperatura en una diferencia de potencial eléctrico y viceversa. Gracias a esta propiedad se puede generar energía eléctrica a partir de una fuente de calor o frío (efecto Seebeck), o por el contrario (efecto Peltier) controlar un gradiente de temperaturas mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Para que estos efectos se cumplan y el funcionamiento del dispositivo sea óptimo, entran en juego muchas variables, entre ellas las propiedades del mismo material termoeléctrico, las diferentes configuraciones de los dispositivos y las condiciones de contorno del dispositivo. Los materiales de interfase utilizados entre el dispositivo y la fuente de calor o frío son de gran importancia en este tipo de aplicaciones, ya que se puede optimizar en gran medida la transferencia de calor entre las superficies y, por tanto, la eficiencia de este tipo de sistema se puede ver beneficiada. Uno de los principales problemas que se encuentran a la hora de modelizar y caracterizar este tipo de dispositivos, es la dificultad para medir o conocer el valor de ciertos parámetros, como la resistencia térmica de contacto entre los diferentes componentes. Este trabajo pretende evaluar los diferentes contactos térmicos entre las caras del módulo termoeléctrico y la fuente de calor, y ver cómo éstos afectan a la transmisión de calor y la eficiencia del conjunto. Para ello se realizarán diferentes ensayos de laboratorio con las diferentes opciones y, en base a los resultados obtenidos, se deducirá cuál de ellas es la más favorable. Además, se realizarán ensayos a fatiga térmica, sometiendo a múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento a los dispositivos termoeléctricos. Con esto se podrá observar cómo evoluciona el funcionamiento en función del tiempo, la posible degradación que pueden sufrir los módulos y los materiales que lo forman, y cómo tanto las propiedades como eficiencia del dispositivo termoeléctrico son afectados por dicha degradación. Para caracterizar los módulos termoeléctricos se realizarán análisis por espectroscopía de impedancia. A partir de la curva de impedancia obtenida del dispositivo termoeléctrico, se podrán obtener ciertos valores y sacar conclusiones acerca de su funcionamiento. Por último, para mostrar una aplicación práctica de este tipo de dispositivos se realizará un montaje de un generador termoeléctrico formado por diez dispositivos termoeléctricos para aprovechar parte de la energía térmica de un conducto por el cual circula un caudal de aire a una determinada temperatura y presión, simulando los gases de escape de un motor de combustión o una máquina térmica. Con un montaje como este se puede recuperar parte de la energía residual producida por una máquina y que es desechada en forma de calor. Además, el análisis por espectroscopía de impedancia permitirá cuantificar los parámetros más importantes, ver el funcionamiento de los dispositivos y detectar posibles errores en su funcionamiento. A la luz de los resultados obtenidos, se puede concluir que el uso de espectroscopía de impedancia en la evaluación de los diferentes módulos termoeléctricos proporciona una valiosa información acerca de su funcionamiento. |
